水污染与水环境修复环境修复原理与技术生态修复课件

1、环境修复原理与技术Environmental Remediation :Principles and Technology赵景联教材：环境修复原理与技术, 赵景联主编, 化学工业出版社, 2006第一章 绪论环境概述1.1环境问题1.2环境修复1.31.1 环境概述1.1.1环境概念 环境是一个极其复杂、相互影响、彼此制约的辩证的自然综合体。环境科学所研究的环境，总是以人类作为中心事物的自然环境。人类的环境是作用于人类这一主体（中心事物）的所有外界影响和力量的总和，它可分为社会环境和自然环境两种。 社会环境 指人们生活的社会经济制度和上层建筑，它是人类在从事物质资料的生产和消费过程中，由于共同

2、进行生产劳动、求取生存和发展而建立起来的生产关系的总和。 人类的环境 自然环境 指环绕于我们周围的各种自然因素的总和，是人类赖以生存和发展必不可少的物质条件。 中华人民共和国环境保护法明确规定 “本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。 本书各部分内容中提及的环境均指自然环境。 环境科学中宇宙环境是指地球大气圈以外的环境，又称星际环境。不过，此处所指宇宙环境，仅限于人类进入空间活动的年代以后，人和飞行器(人造卫星、探测器、航天飞机等)在太阳系

3、内飞行触及到的环境。 1.1.2环境分类 根据不同原则，人类环境有不同的分类方法。通常的分类原则是：环境范围的大小、环境的主体、环境的要素、人类对环境的作用、以及环境的功能。下面介绍一种按环境的范围由近及远进行的分类： (1)聚落环境(2)地理环境(3)地质环境(4)宇宙环境 聚落是人类聚居的地方与活动的中心，聚落环境也就是人类聚居场所的环境。聚落环境根据其性质、功能和规模可分为院落环境、村落环境和城市环境。 地理环境位于地球的表层，即岩石圈、水圈、上圈、大气圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交错带上，其厚度约10 30Km。 简单地说，地质环境是指地理环境中除生物圈以外的其余部分。地质

4、环境为人类提供大量的生产资料丰富的矿物资源，它对人类社会的影响也将随着生产的发展而与日俱增。 1.1.3环境基本特性基本特性灾害放大性 整体性 隐显性 不可逆性 1.1 环境问题1.2.1环境问题概念 所谓环境问题，是指由于人类不恰当的生产活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现了不利于人类生存和发展的问题。1.2.2环境问题的分类1.2.3 环境问题的产生与发展 1）环境问题萌芽阶段时间段： 从人类出现直到工业革命前夕主要特点： 主要表现为生态环境破坏。 如大量砍伐森林、破坏草原、盲目开荒等，往往引起的严重 水土流失，水旱灾频繁和沙漠化问题。 影响： 主要对小区域范围的生态影响。影响力度增

5、长缓慢2）环境问题的发展恶化阶段 时间段： 19世纪工业革命至20世纪50年代 主要特点： 蒸汽机的发明和使用后，大工业日益发展，生产力有了很大的提高，环境问题也随之发展并逐步恶化。 例如：从1873年1892年间的冬季英国伦敦多次发生有毒烟雾事件 影响： A.环境问题，尤其污染问题集中在工业发达国家 B.环境质量开始恶化，但未引起重视3）环境问题的第一次高潮 时间段： 20世纪50年代至80年代前夕 主要特点： 环境问题更加突出，震惊世界的公害事件接连不断 形成因素： A.人口的迅猛增长，都市化的速度加快。 B.工业不断集中和扩大，能源的集中大增。 影响： A.工业发达国家把环境问题列入国家

6、的议事日程，包括制定法律、建立机构、加强管理、采用新技术等。 B.到70年代中期环境污染得到有效控制，城市和工业的环境质量有明显改善。4）环境问题的第二次高潮 时间段： 20世纪80年代至今 主要特点： A.开始共同关注在全球范围内出现的环境问题。 B.全球性大气污染 例如温室效应和全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨 C.大面积生态破坏 大面积森林破坏、草场退化、沙漠化等 D.突发性的严重污染事件 影响： 全球性环境问题严重威胁着人类的生存和发展1.3 环境修复1.3.1 环境修复的概念 修复(remediation)本来是工程上的一个概念，顾名思义，它是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或

7、全部恢复到原初状态的过程。严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。恢复(restoration)是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建(reconstruction)是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建(renewal)则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。它们三者的关系见图1-2所示。 环境意义上的修复是指对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化。 因此，为了更好地理解环境修复，有必要从下面三方面进行理解。首先要界定污染环境与健康环境 众所周知，所谓环境污染

8、(contaminated environment)，是指任何物质或能量因子的过分集中，超过了环境的承载能力，从而对环境表现出有害的现象。环境污染的实质是由于人类活动不当所引起的环境质量的下降和环境功能的衰退。根据这实质，不难将污染环境定义为任何物质过度聚集而产生的质量下降、功能衰退了的环境。 与污染环境相对应的是健康环境(sound environment)。最健康的环境当然是具有原始背景值的环境，但当今地球上似乎再也难找到一块未受人类活动影响的“净土”，即使人类足迹鲜至的南极、珠穆朗玛峰也可检测到农药的存在。因此健康环境只是相对的，特指存在于其中的各种物质或能量都低于有关环境质量标准。 众

9、所周知，环境质量标准是环境质量的反映，而环境价值又是环境质量与人类需要之间客观存在的一种特定关系(肯定或否定关系)，它受到道德准则的制约和影响。比如说某区域环境质量对一部分人来说可能满足其需要，而对另一部分人来说则可能相反。从这个意义上讲，健康环境体现了人类的价值取向。其次要界定环境修复(environmental remediation)与环境净化(environmental self-purification)。 环境有一定的自净能力。污染因子进入环境中，并非一定会产生污染，而是只有当环境污染因子的载荷量超过了环境净化容量时才导致污染。环境中存在各种各 样的净化机制，如稀释、扩散、沉降、挥

10、发等物理机制，氧化还原、中和、分解、化合、吸附解吸、离子交换等化学(含物理化学)机制，有机生命体新陈代谢等生物学机制。这些机制共同作用于环境，致使污染物的数量或性质向有利于环境安全的方向发生改变。环境污染和环境净化是环境质量形成过程中的一对对立统一的矛盾，其辨证关系见图13。 环境修复与环境净化之间既有共同的一面，也有不同的一面。它们两者的目的都是使进入环境中的污染因子的总量减少或强度降低或毒性下降。但环境净化强调的是环境中内源因子对污染物质或能量的清除过程，是一种自然的、被动的过程；而环境修复则强调人类有意识的外源活动对污染物质或能量的清除过程，是一种人为的、主动的过程。再次要界定环境修复与

11、“三废”治理 传统“三废”(废水、废气、废渣)治理是环境工程的核心内容，强调的是点源治理，即工厂排污口的治理，需要建造成套的处理设施，在最短的时间内，以最快的速度和最低的成本，将污染物净化去除。而环境修复是最近几十年才发展起来的环境工程技术，它强调的是面源治理，即对人类活动的环境进行治理，它不可能建造把整个修复对象包容进去的处理系统。如采用传统治理净化技术，即使对于局部小系统的修复，其运行费用也将是天文数字。环境修复和“三废”处理都是控制环境污染，只不过“三废”处理属于环境污染的产中控制，环境修复属于产后控制，而我们通常所说的污染预防则应该属于产前控制，他们三者共同构成污染控制的全过程体系，是

12、可持续发展在环境中的重要体现。1）依照环境修复的对象分：1.3.2 环境修复的类型2） 按照环境修复的方法来分类：物理方法化学方法生物方法 其中生物修复方法已成为环境保护技术的重要组成部分。环境修复技术 指人类修复环境时所采用的手段。环境修复的对象 是自然界，相应的技术作用对象也是自然界。技术的基本作用在于改变自然界的运动形式和状态，由此形成了工程技术、物理技术、化学技术与生物技术等四类基本技术。工程技术(engineering technology)是指广义的机械技术，是一个人工的机械自然过程，被用来改变自然界的机械运动状态和自然物的形态；物理技术(physical technology)，

13、是一个人工的物理自然过程，被用来改变自然物的物理性质；化学技术(chemical technology)是一个人工的 化学自然过程，被用来改变自然界物质的化学组成；生物技术(biotechnology)是一个人工的生命运动过程，被用来改变生命体 的运动状态与性质。 以此为基础，环境修复可分为工程修复、物理修复、化学修复、生物修复等四大类型。环境物理修复技术是一项借助物理手段污染物从环境中提取分离出来的技术，工艺简单，费用低。这些分离方式没有高度的选择性。通常 情况下，物理分离技术被作为初步的分选。一般来说，物理分离技术未能充分达到环境修复的要求。环境化学修复技术相对于其他修复技术来讲发展较早，

14、也相对成熟。目前，化学修复技术主要涵盖化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化修复和化学还原与还原脱氯修复几方面的技术类型。相比较而言，化学氧化技术是一种快捷、积极，对污染物类型和浓度不是很敏感的修复方式；尤其对于土壤修复中，化学还原和还原脱氯法则作用于分散在地表下较大、较深范围内的氯化物等对还原反应敏感的化学物质，将其还原、降解；原位化学淋洗技术对去除低溶解度和吸附力较强的污染物更加有效。环境生物修复是利用生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。工业革命极大地改变了人类社会文明发展的进程，使人们在享受工业文明创造的丰硕果实的同时

15、，也遭受了随之而来的环境污染和生态破坏的危害。 尽管环境污染日益加剧，污染状态更加复杂，但人们对环境质量的要求却越来越高。 我国污染环境的修复工程应采取生物修复为主、物理化学修复为辅的策略。 生物修复工程是环境工程的重要组成部分，尽管其出现时间不长，但发展非常迅速，已经成为环境保护领域技术发展的重要生长点。1.3.3环境修复的产生与发展 污染物是引起环境恶化的最根本原因之一，解决环境问题的关键是对污染物的控制与处理。污染预防工程着眼于从源头上遏制排放；传统的环境工程（即“三废”治理工程）则侧重于将污染物通过转化或再利用的方法进行消减。以上两种方法在污染控制上发挥着重要的作用，但对于已经遭受污染

16、的环境却无能为力。实际上，工业污染物大多具有严重的毒性，且不易降解，在环境中性质稳定，毒性持久并具有累积效应。对污染环境的治理，同预防与遏制一样重要。环境修复工程正是针对这方面的需求发展起来的。污染预防工程、传统的环境工程和污染环境的修复工程分别属于污染物控制的产前、产中和产后三个环节，三者共同构成污染物控制的全过程体系，是可持续发展在环境方面的重要体现。 环境修复的对象是自然界中各种各样的因为环境污染和破坏等带来的环境问题，使得环境能够部分或者全部的恢复到原始状态。因此，环境修复的对象就是各种需要修复的环境要素。环境污染的对象主要可以划分为大气污染、水污染、固体废弃物污染等几个大类。相应的，

17、环境修复研究的主要内容和任务也就可以分为污染土壤的环境修复、污染水体的环境修复、污染大气的环境修复以及固体废物污染的环境修复等几个主要的大类1.3.4环境修复的对象和任务污染水体的环境修复 水环境中的污染物质直接破坏水体和土壤的功能，使其变得不适宜各种生物的生存，或者污染物质通过“食物链”影响植物、动物和人类；或者污染物质抑制了分解者的活性导致污染物质在环境中的积累。总之，污染物质的毒性说明其不能够与环境兼容，而去除或者降解环境中的污染物质则需要对受污染的水体和土壤进行修复处理。对水环境进行修复是我国迫切的需要。 在水环境修复领域，所修复的水体对象是环境的一部分，不可能建造能将整个修复对象包容

18、进去的处理系统。如果采用传统治理净化技术，即使对于局部小系统的修复，其运行费用也将是天文数字。在水环境修复的过程中，需要保护周围环境。水环境修复比传统环境工程需要的专业面更广，包括环境工程、土木工程、生态工程、化学、生物学、毒理学、地理信息和分析监测等，需要将环境因素融入技术中。污染土壤的环境修复 我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业耕作和乡镇工业造成的。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场生物修复等。 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非常缓慢、效率低不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。固体废弃物污染修复（矿山污染